Historischer Trend in industriellen Kommunikationssystemen

Industrial Ethernet

Es gibt heute kaum noch einen industriellen Betrieb, der ohne Feldbus oder Ethernet-Systeme arbeitet. Ihren Anfang nahmen diese industriellen Kommunikationssysteme Mitte der 1970er Jahre. Sie lösten die damals übliche Parallelverdrahtung zur Übertragung binärer Signale als auch die analoge Signalübertragung ab. Die Kommunikation wurde von nun an auf digitalem Weg betrieben. Es entstanden die sogenannten „Local Area Networks“ (LANs), also kleine bis mittelgroße Netzwerke, vorrangig in der Verwaltung von Betrieben.

Der heutige Haupttrend industrieller Kommunikationssysteme geht vor allem in Richtung Industrial Ethernet, welches die Organisation von Industriebetrieben sowie die eigentlichen Aktoren der verschiedensten Produktions- und Fertigungsprozesse miteinander verknüpft.

1975-2010:

Seit 1975 entwickelten sich aus Modbus und Ethernet diverse Systeme zur industriellen Kommunikation. Im Nachfolgenden werden nur die, im entsprechenden Zeitraum neu entstandenen Systeme, erneut aufgeführt. Jedoch wurden alle Systeme seit ihrem Entstehen weiter verwendet bzw. weiterentwickelt.

1975:

  • Ethernet
  • Modbus

1985:

  • Remote IO

1995:

  • ControlNet
  • FoundationFB
  • DeviceNet
  • Sercos I & II
  • Profibus
  • Interbus
  • AS-Interface
  • CANopen
  • CC-Link

2010:

  • Safety Networks
  • Sensor Networks
  • Wireless Networks
  • Sercos III
  • Profinet
  • EtherCAT
  • Powerlink
  • FF-HSE
  • CC-Link/IE
  • FL-net
  • ModbusTCP

Bisherige und zu erwartende künftige Nutzer der im Trend liegenden industriellen Kommunikationssysteme

Bisher war vor allem die Autoindustrie Vorreiter für die Nutzung modernster industrieller Kommunikationssysteme. Doch seit Anfang der 2000er Jahre entwickelte sich auch die automatisierte Fertigungs- und Produktionsindustrie mehr und mehr in Richtung „Industrial Ethernet“.

In Zukunft ist damit zu rechnen, dass vor allem im Bereich der erneuerbaren Energien mit entsprechenden Systemen gearbeitet wird, da es kaum andere Möglichkeiten gibt, dieses dynamische Netzwerk ausreichend schnell und komplex arbeiten zu lassen.

Insgesamt geht der Trend hier also zu immer komplexeren Kommunikationssystemen (mehr dazu im nächsten Abschnitt). Im Zuge der Globalisierung wird das wohl zunächst für die Firmen, die diese Technologien zuerst nutzen, ein immenser Wettbewerbsvorteil sein. Bald darauf ist jedoch anzunehmen, dass die Systeme zu einem Standard werden.

Nicht zu vergessen ist auch: Es gibt zu zertifizierende Standards für Ethernet- und Feldbuselemente, welche diese untereinander kompatibel machen. Nicht zertifizierten Geräten wird meist keine Betriebsmittelzulassungen erteilt, da sie ihre Daten nicht mit anderen Feldbus- oder Ethernet-Komponenten austauschen könnten.

Entwicklung und Nutzen gegenüber den vorhergehenden industriellen Kommunikationssystemen

Der allgemeine Trend geht, wie bereits erwähnt, zum „Industrial Ethernet“. Viele Firmen arbeiten bereits mit lokalen Netzen (LANs) zur Verwaltung und Organisation ihres Betriebs. Diese sollen nun auf die Produktionsaktoren, z.B. Fertigungsroboteren, ausgeweitet werden. Diese industriellen Kommunikationssysteme folgen in ihrer Intention dem Trend der optimierten Nutzung von:

  • Rohstoffe
    durch präzisierte Steuerungsmöglichkeiten von Produktions- und insbesondere Dosierungsprozessen.
  • Primärenergie
    was nicht nur dem historischen Bestreben bezüglich der Einsparung von Produktionskosten auch und vor allem im Bereich des Energieverbrauchs folgt, sondern auch zu CO2-Einsparungen führen soll.

Andere Vorteile sind:

  • Die verbesserte Möglichkeit zur auftragsbezogenen Fertigung und die daraus resultierende Reduzierbarkeit von Lagerbeständen.
  • Im Zusammenhang damit vorausschauende Diagnosen und weniger Stillstandzeiten.
  • Die Qualitätssteigerung mit Hilfe einer konstant möglichen Überwachung von Toleranzen und Messwerten.

Welche anderen Vorteile bringt das „Industrial Ethernet“ für Unternehmen?

Industrial-Ethernet-Systeme werden nicht umsonst auch Echtzeit-Ethernet-Systeme genannt. Keine andere Technologie überträgt Daten so schnell:

Noch vor 10 Jahren war die Maximalleistung von Ethernet auf 10Mbit/s beschränkt, was natürlich unter keinen Umständen für eine komplexe Echtzeitdatenübertragung geeignet war. Die konsequente Elaboration des Einsatzes von Switches, Full-Dupplex-Übertragung und Schaffung von Möglichkeiten zur Nachrichtenpriorisierung schufen die Möglichkeit zur Schaffung von Technologien wie „Fast-Ethernet“ mit einer kollisionsfreien Datenübertragungsrate von 100Mbit/s. Dies stellte einen der bedeutendsten Fortschritte in der historischen Entwicklung von industriellen Kommunikationssystemen dar.

Außerdem geht ein Bestreben dahin, trotz zunehmender Komplexität der Systeme deren Installation und Bedienung so einfach wie möglich zu gestalten. Transparente Netzübergänge beim Nebeneinander von Feldbus- und Ethernet-Systemen sind dabei mittlerweile schon fast eine Selbstverständlichkeit. Doch kommen noch folgende Erleichterungen hinzu:

  • Anstatt mehrerer Kabel, muss nur noch eines verlegt werden. Geringer kann ein Installationsaufwand kaum sein.
  • Sowohl die Schulung des Installations- und Wartungspersonals als auch die Wartung der Systeme selbst nehmen immer weniger Zeit in Anspruch.
  • In Zusammenhang damit ist die geringere Ersatzteilhaltung als auch die geringere Fehlerbehebungszeit nicht zu verachten.
  • Einheitliche Konfigurations- und Engineering-Tools sorgen dafür, dass alle Informationen an allen Geräten des Netzwerks zur Verarbeitung zur Verfügung stehen, in Echtzeit.

Möglichkeiten zur nicht-industriellen Nutzung der beschriebenen Kommunikationssysteme

Neben den benannten Industriezweigen werden die immer intelligenteren und leistungsfähigeren Kommunikationssysteme auch im öffentlichen Bereich nützlich sein:

  • Zur verbesserten Nutzung von Infrastruktur: Mit moderner Technologie wird eine intelligentere Leitung von Verkehrsströmen auch zu Hauptverkehrszeiten immer leichter.
  • Bei der Gebäudeautomatisierung können Ethernet- oder Feldbussysteme die Effizienzsteigerung in den Bereichen Stromverbrauch, Klima, Heizung und Lüftung erheblich erleichtern.
  • Auch eine Verteilung der Belastung des öffentlichen Stromnetzes kann mit Hilfe dieser Technologien erleichtert werden.

Industrial Ethernet“ dient also nicht als reiner Selbstzweck für die Wirtschaft, es kann auch das öffentliche Leben verbessern und erheblich zum Klimaschutz beitragen.